จะปรับปรุงผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์บนชิ้นส่วนขั้วได้อย่างไร?

1. แนวคิดอิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์เป็นตัวนำไอออนิกที่ทำหน้าที่ระหว่างขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ ในระหว่างการชาร์จและการคายประจุไอออนของลิเธียมจะถูกถ่ายโอนไปมาระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ อิเล็กโทรไลต์มีผลกระทบค่อนข้างมากต่อประสิทธิภาพการชาร์จและการคายประจุของแบตเตอรี่&# 39 (อัตราสูงและต่ำ) อายุการใช้งาน (การจัดเก็บแบบวนรอบ) และช่วงการใช้งานอุณหภูมิ

ตัวทำละลายที่เหมาะสมต้องการค่าคงที่ของอิเล็กทริกสูงและมีความหนืดต่ำ อัลคิลคาร์บอเนตที่ใช้กันทั่วไปเช่น PC และ EC มีขั้วที่แข็งแรงและค่าคงที่เป็นฉนวนสูง แต่ความหนืดมีมากและแรงระหว่างโมเลกุลมีขนาดใหญ่และไอออนของลิเธียมจะเคลื่อนที่เข้าไป ความเร็วจะช้า เอสเทอร์เชิงเส้นเช่น DMC (ไดเมทิลคาร์บอเนต) และ DEC (ไดเมทิลคาร์บอเนต) มีความหนืดต่ำ แต่ค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ ดังนั้นเพื่อให้ได้โซลูชันที่มีค่าการนำไฟฟ้าไอออนิกสูงโดยทั่วไปจึงใช้ PC + DEC, EC + DMC และตัวทำละลายผสมอื่น ๆ

อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ในแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนโดยทั่วไปควรเป็นไปตามข้อกำหนดพื้นฐานดังต่อไปนี้:

ก. การนำไอออนิกสูงโดยทั่วไปควรถึง 1 × 10-3 ~ 2 × 10-2 S / cm;

ข. เสถียรภาพทางความร้อนและทางเคมีสูงไม่มีการแยกตัวเกิดขึ้นในช่วงแรงดันไฟฟ้ากว้าง

ค. หน้าต่างไฟฟ้าเคมีที่กว้างเพื่อรักษาเสถียรภาพของประสิทธิภาพไฟฟ้าเคมีในช่วงแรงดันไฟฟ้าที่กว้าง

ง. มีความเข้ากันได้ดีกับส่วนอื่น ๆ ของแบตเตอรี่เช่นวัสดุอิเล็กโทรดตัวสะสมกระแสอิเล็กโทรดและตัวคั่น

จ. ปลอดภัยปลอดสารพิษและไม่ก่อมลพิษ

2. ผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์

เมื่อแบตเตอรี่ลิเธียมถึงเกณฑ์มาตรฐานทิ้งหรือล้มเหลวอย่างกะทันหันมักจะถูกถอดประกอบเพื่อวิเคราะห์วัตถุประสงค์ของการเสื่อมสภาพหรือการลดลงของแบตเตอรี่&# 39 เมื่อผู้แก้ไขถอดชิ้นส่วนและวิเคราะห์แบตเตอรี่ลิเธียมพบว่าแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพรอบต่ำมักเกี่ยวข้องกับผลการแทรกซึมที่ไม่ดีของอิเล็กโทรไลต์บนชิ้นส่วนขั้ว เมื่อผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ไม่ดีเส้นทางการส่งผ่านไอออนจะไกลขึ้นซึ่งขัดขวางการรับส่งของลิเธียมไอออนระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ชิ้นขั้วที่ไม่ได้สัมผัสกับอิเล็กโทรไลต์จะไม่สามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่และความต้านทานต่อการเชื่อมต่อของแบตเตอรี่จะเพิ่มขึ้นซึ่งส่งผลต่อประสิทธิภาพของอัตราความสามารถในการคายประจุและอายุการใช้งานของแบตเตอรี่

ดังนั้นเพื่อหลีกเลี่ยงข้อบกพร่องทุกประเภทเราต้องหาวิธีทำให้อิเล็กโทรไลต์แช่ชิ้นส่วนขั้วให้ได้มากที่สุด แน่นอนเมื่อพิจารณาถึงปัญหาด้านต้นทุนเราจำเป็นต้องใช้อิเล็กโทรไลต์ในปริมาณที่เหมาะสมที่สุด ปริมาณอิเล็กโทรไลต์มีผลต่อประสิทธิภาพของแบตเตอรี่

3. วิธีปรับปรุงความสามารถในการเปียกของอิเล็กโทรไลต์

การแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ของชิ้นส่วนขั้วเกี่ยวข้องกับการสัมผัสสามเฟสของของแข็งของเหลวและก๊าซ เมื่ออิเล็กโทรไลต์ถูกฉีดเข้าไปในกล่องแบตเตอรี่อิเล็กโทรไลต์จะต้องระบายอากาศในเคสก่อนจากนั้นอิเล็กโทรไลต์จะเกาะติดกับพื้นผิวของวัสดุที่ใช้งานบวกและลบและอิเล็กโทรไลต์บางส่วนจะเข้าสู่อิเล็กโทรดบวก - ไดอะแฟรม - ลบ อิเล็กโทรดผ่านไดอะแฟรมของแกนคดเคี้ยว ระหว่าง. เมื่อเวลาผ่านไปอิเล็กโทรไลต์จะแทรกซึมเข้าไปในชิ้นส่วนขั้วและอิเล็กโทรไลต์ในไดอะแฟรมจะแทรกซึมเข้าไปในชิ้นขั้วในทิศทางย้อนกลับ เมื่อเวลายืนอยู่นานในระดับหนึ่งภายใต้การกระทำของแรงตึงผิวการแทรกซึมของชิ้นส่วนเสาจะถึงสภาวะสมดุล

ในกระบวนการนี้แนวคิด" มุมสัมผัส" (มุมเปียก) ในเคมีกายภาพมีส่วนเกี่ยวข้อง ดังแสดงในรูปด้านล่างพื้นที่สีน้ำเงินในรูปแสดงถึงของเหลวและพื้นที่สีเทาแสดงถึงส่วนต่อประสานที่เป็นของแข็ง จากนั้นพื้นที่สัมผัสสีน้ำเงินและสีเทาคือส่วนติดต่อของของแข็งและของเหลว ตำแหน่งที่แทนเจนต์ของของเหลวตัดกับอินเทอร์เฟซของแข็งเป็นมุมθ ยิ่งมุมสัมผัสน้อยลงความสามารถในการเปียกของอิเล็กโทรไลต์กับชิ้นขั้วหรือไดอะแฟรมก็จะยิ่งดีขึ้น .

อย่างไรก็ตามในกระบวนการปฏิบัติงานจริงมักไม่สามารถเข้าใจผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์บนชิ้นส่วนขั้วได้ ตามหลักการของการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ที่กล่าวถึงข้างต้นเราสามารถค้นหาวิธีปรับปรุงผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์บนชิ้นส่วนขั้วได้จากประเด็นต่อไปนี้:

(1) ปรับปรุงกระบวนการฉีด

การปรับปรุงกระบวนการฉีดของเหลวเป็นวิธีการที่ธรรมดาที่สุดซึ่งสามารถปรับปรุงผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในแง่ของประสิทธิภาพการฉีดของเหลวสภาพการฉีดของเหลวระยะเวลายืนและวิธีการฉีดของเหลว

การฉีดของเหลวภายใต้สภาวะสุญญากาศไม่เพียง แต่ช่วยในการระบายก๊าซในเซลล์เท่านั้น แต่ยังช่วยลดความต้านทานของก๊าซต่อการฉีดอิเล็กโทรไลต์และช่วยให้อิเล็กโทรไลต์แทรกซึมเข้าไปในชิ้นส่วนขั้ว หลักการคือการฉีดสูญญากาศสามารถลดการมีอยู่ของความต้านทานของก๊าซที่อินเทอร์เฟซสามเฟสของแข็ง - ก๊าซ - ของเหลวทำให้อิเล็กโทรไลต์สัมผัสกับชิ้นส่วนขั้วโดยตรงช่วยลดเวลาในการแทรกซึม

ด้วยการยืดระยะเวลาในการยืนภายใต้สุญญากาศทำให้มั่นใจได้ว่าอิเล็กโทรไลต์แทรกซึมเข้าไปในชิ้นส่วนขั้วอย่างเต็มที่ หลังจากการฉีดของเหลวเมื่อเวลายืนนานขึ้นมุมการเปียกระหว่างสารละลายอิเล็กโทรดกับชิ้นส่วนขั้วจะค่อยๆลดลงและรัศมีการเปียกจะค่อยๆเพิ่มขึ้นและในที่สุดก็บรรลุผลการเปียกที่ดี

เพื่อหลีกเลี่ยงปรากฏการณ์ของการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่เพียงพอของไดอะแฟรมและชิ้นส่วนขั้วสามารถฉีดอิเล็กโทรไลต์เป็นชุดเพื่อให้อิเล็กโทรไลต์แทรกซึมเข้าไปในชิ้นขั้วได้เต็มที่ โดยหลักการแล้ววิธีการดำเนินการนี้คือการเพิ่มความน่าจะเป็นของการสัมผัสของแข็งและของเหลวและขยายพื้นที่สัมผัส , ในกรณีที่มีอิเล็กโทรไลต์ในปริมาณเท่ากันเวลาในการแทรกซึมจะสั้นลง

(2) ปรับปรุงกระบวนการหลัก

ผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ไม่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติของอนุภาควัสดุอิเล็กโทรดความหนาแน่นของการบดอัดของชิ้นส่วนขั้วและความแน่นของแกน สัณฐานวิทยาและขนาดอนุภาคที่แตกต่างกันของวัสดุที่ใช้งานบวกและลบสารนำไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์มีผลการแทรกซึมที่แตกต่างกันในชิ้นส่วนขั้ว ยิ่งขนาดอนุภาคของวัตถุดิบมีขนาดใหญ่เท่าใดยิ่งใกล้เคียงกับรูปทรงกลมมากเท่าใดอัตราการซึมผ่านของอิเล็กโทรไลต์ก็จะยิ่งมากขึ้นและระยะเวลาในการแทรกซึมก็จะนานขึ้น สั้น. เมื่อความหนาแน่นของการบดอัดของชิ้นส่วนเสามีขนาดใหญ่เกินไปความพรุนในชิ้นส่วนเสาจะลดลงซึ่งไม่เอื้อต่อการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ของชิ้นส่วนเสา จำเป็นต้องปรับความหนาแน่นของการบดอัดที่เหมาะสมเพื่อให้เป็นไปตามการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ภายใต้สภาวะที่มั่นใจได้ว่าอิมพีแดนซ์ของแบตเตอรี่ต่ำ ระดับ. ในทำนองเดียวกันความหนาแน่นของสแต็คเซลล์หรือการคดเคี้ยวจะส่งผลต่อการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์

เมื่อขดลวดคลายตัวรูพรุนระหว่างขั้วบวก - ตัวคั่น - ขั้วลบจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและปริมาณอิเล็กโทรไลต์ที่สะสมมีขนาดใหญ่ขึ้นส่งผลให้มีการเพิ่มคุณค่าในบางสถานที่และขาดในบางแห่งซึ่งไม่ต้องสงสัยเลยว่ามีผลกระทบอย่างมากต่อ ประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ เมื่อขดลวดแน่นจะส่งผลต่อความเร็วในการแทรกซึมและประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลต์ซึ่งไม่เป็นที่ต้องการ

(3) เพิ่มสารแทรกซึมอิเล็กโทรไลต์

อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้มักจะเป็นตัวทำละลายอินทรีย์และชิ้นส่วนขั้วเป็นวัสดุอนินทรีย์ดังนั้นความสามารถในการดูดซับอิเล็กโทรไลต์จึงอ่อนแอ การเพิ่มสารเติมแต่งลงในอิเล็กโทรไลต์ยังสามารถปรับปรุงการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์ Liu Fangfang และคนอื่น ๆ ใช้วัสดุ fluoroether เป็นสารเติมแต่งให้กับอิเล็กโทรไลต์ ผลการทดสอบแสดงให้เห็นว่าการเติมอิเล็กโทรไลต์จำนวนเล็กน้อยลงในอิเล็กโทรไลต์สามารถลดระยะเวลาในการฉีดแบตเตอรี่ได้อย่างมีประสิทธิภาพและปรับปรุงประสิทธิภาพวงจรของแบตเตอรี่ได้อย่างมีนัยสำคัญ แต่ควรสังเกตว่าใช้เป็นสารแทรกซึม เมื่อยอดเพิ่มถึง 1% จะมีผลเสียต่อประสิทธิภาพของวงจร

สาระสำคัญของสารปรับขนาดคือสารลดแรงตึงผิว สารปรับขนาดประเภทนี้มีข้อดีคือมีกิจกรรมพื้นผิวสูงเสถียรภาพความร้อนสูงความไวไฟต่ำและเสถียรภาพทางเคมีสูง การเพิ่มสารปรับขนาดให้กับอิเล็กโทรไลต์สามารถลดแรงตึงผิวของของเหลวได้ ปรับปรุงความสามารถในการเปียกและความสามารถในการเจาะของอิเล็กโทรไลต์ไปยังชิ้นส่วนขั้วซึ่งจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางเคมีไฟฟ้าของแบตเตอรี่

ด้วยวิธีการต่างๆข้างต้นสามารถปรับปรุงผลการแทรกซึมของอิเล็กโทรไลต์บนชิ้นขั้ว การลดระยะเวลาการแทรกซึมให้สั้นลงสามารถประหยัดต้นทุนการผลิตปรับปรุงผลการแทรกซึมลดความต้านทานของแบตเตอรี่และปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้งานของวัสดุที่ใช้งานอยู่ซึ่งจะช่วยเพิ่มความจุของแบตเตอรี่และปรับปรุงลักษณะอัตราการปลดปล่อย